EP3663846B1 - Fokussiereinrichtung - Google Patents

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EP3663846B1
EP3663846B1 EP18210032.1A EP18210032A EP3663846B1 EP 3663846 B1 EP3663846 B1 EP 3663846B1 EP 18210032 A EP18210032 A EP 18210032A EP 3663846 B1 EP3663846 B1 EP 3663846B1
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EP
European Patent Office
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spring element
section
guide section
focusing device
accordance
Prior art date
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Active
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EP18210032.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3663846A1 (de
Inventor
Florian Schneider
Georg Schäfer
Jonathan PFEIL
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Sick AG
Original Assignee
Sick AG
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Publication date
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Priority to US16/701,851 priority patent/US11226467B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B3/00—Focusing arrangements of general interest for cameras, projectors or printers
    • G03B3/10—Power-operated focusing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/14—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation using light without selection of wavelength, e.g. sensing reflected white light
    • G06K7/1404—Methods for optical code recognition
    • G06K7/1439—Methods for optical code recognition including a method step for retrieval of the optical code

Definitions

  • Such focusing devices are used in sensors, scanners, cameras and other optical systems and are used in particular to adjust the distance between the lens and a light receiving surface. Focusing devices of the type mentioned are preferably designed for an autofocus operation.
  • the carrier can in particular be a housing or a base frame of the optical system.
  • the spring element can be designed as a leaf spring.
  • a corresponding focusing device is in the U.S. 4,615,585 disclosed.
  • the US 2010/0165132 A1 discloses a movable suspension for the image sensor of a digital camera, the suspension comprising two spaced apart leaf springs.
  • Optical mounts with leaf springs are also in the JP 4761126 and in the US 10,126,521 B2 disclosed.
  • the object is achieved by a focusing device with the features of claim 1.
  • the at least one spring element has at least one stiffening area in which a first surface piece of the spring element is bent over along a bending edge relative to a second surface piece of the spring element. Due to the bent flat piece, there is increased mechanical stability of the spring element in the stiffening area, which results in an improved service life of the focusing device. In addition, the stiffness of the spring can be adjusted by bending the flat piece. The invention makes it possible to reduce the material thickness of the spring element without losing stability or to use a more cost-effective material to manufacture the spring element,
  • the invention provides that the spring element has a perforation on the bending edge. This facilitates the precisely positioned bending over of the first surface piece and thus simplifies the manufacture of the spring element.
  • a perforation can be produced in a relatively simple manner by etching.
  • the two guide sections together with the connecting spring element can form a parallel guide.
  • the elastic connection of the guide sections via the spring element can be a direct or an indirect connection, depending on the application. This means that additional coupling components can be provided.
  • at least one further surface piece can be bent over against the second surface piece or any other surface piece of the spring element along a bending edge.
  • the actuator is preferably designed as an electromagnetic actuator.
  • a plunger coil actuator or an electric motor can be provided for adjusting the second guide section with respect to the first guide section.
  • the spring element is preferably made from a sheet metal part, in particular a single-layer sheet.
  • a sheet metal part is particularly inexpensive to manufacture and also has only a low dead weight.
  • the spring element can be made from an etched sheet metal part.
  • the bending edge runs in an unloaded basic position of the spring element transversely to the adjustment direction and / or in a loaded deflection position of the spring element obliquely to the adjustment direction.
  • This is advantageous in that the stiffening is adapted to a main loading direction. It is preferably provided that the bending edge has a straight course and / or forms an outer edge of the spring element.
  • the spring element has a material weakening on the bending edge. This facilitates the precisely positioned bending of the first surface piece and thus simplifies the manufacture of the spring element. It is possible to weaken the material by partially etching through the spring element at the bending edge.
  • the first guide section and the second guide section can each be designed as a one-piece component made of metal or plastic. This results in a particularly simple and inexpensive construction.
  • the spring element preferably has a base section which comprises the second surface piece and which, in an unloaded basic position of the spring element, extends in a spring leaf plane running transversely to the adjustment direction.
  • the spring element can be designed in such a way that it extends in an unloaded basic position apart from the bent first surface piece and any further bent surface pieces that may be present in the spring leaf plane.
  • the spring element can be frame-shaped in order to provide sufficient installation space for the arrangement of the objective.
  • bushings for fastening means can be provided in the respective corner areas of the frame-shaped spring element.
  • the leadthroughs can be produced in a simple manner by etching.
  • the guide sections can be provided with threaded holes that are aligned with the feedthroughs of the frame-shaped spring element. The spring element can then be screwed to the first guide section and the second guide section in a simple manner.
  • the second guide section is arranged in a central recess of the frame-shaped spring element or extends into this. This configuration is particularly space-saving.
  • the frame-shaped spring element can comprise two fastening bars and two connecting bars, the fastening bars each resting at least essentially over the entire surface of the guide sections and / or the connecting bars extending from one guide section to the other guide section.
  • the stiffening area of the spring element is preferably formed on one of the two connecting bars. It is particularly preferable for both connecting bars to have at least one stiffening area, each with at least one bent flat piece.
  • first guide section has a central passage and the second guide section is arranged in the central passage or extends into it. This configuration takes up little space.
  • the first guide section is preferably designed in the shape of a frame.
  • the first surface piece is bent over with respect to the second surface piece by at least 70 ° and at most 100 °, in particular by approximately 90 °. This results in a particularly pronounced stiffening effect.
  • a special embodiment provides that a third surface piece of the spring element is also bent over with respect to the second surface piece by at least 70 ° and at most 100 °, in particular by about 90 °, preferably in the same direction. This further increases the stability of the spring element. In addition, the spring stiffness is particularly high.
  • the first surface piece and the third surface piece can be provided on opposite longitudinal sides of a strip-shaped section of the spring element that forms the second surface piece, in particular such that the strip-shaped section has a U-shaped cross section. By creating a corresponding profile, a marked increase in stability can be achieved quickly and easily.
  • the first surface piece and the third surface piece are preferably provided only in a central partial area of the strip-shaped section.
  • the end sections preferably remain free of flat pieces bent at right angles, so that they can be screwed onto the guide sections without any problems.
  • the first surface piece and the third surface piece can be provided on opposite longitudinal sides of a connecting spar as described above.
  • the spring element can have a further strip-shaped section, with a fourth and a fifth surface piece of the spring element each being bent over by at least 70 ° and at most 100 °, in particular by about 90 °, on opposite longitudinal sides of the further strip-shaped section .
  • This configuration is associated with a particularly high level of stability.
  • the strip-shaped sections are preferably arranged on opposite sides of the spring element and / or extend parallel to one another.
  • the strip-shaped sections can form connecting spars which extend from one guide section to the other guide section.
  • At least one reinforcing surface piece of the spring element can be bent over by 180 ° in relation to a base surface piece, in particular in such a way that a double-layered section results.
  • the spring element can thus comprise a completely folded flat piece, which further increases the stability.
  • the reinforcement surface piece can be elongated and extend transversely to the direction of adjustment.
  • the stiffening area can be elongated and extend transversely to the elongated reinforcing sheet.
  • the spring element is preferably fastened to the first guide section or to the second guide section in the region of the reinforcing surface piece. This counteracts excessive material stress in the area of the fastening.
  • bushings for fastening means such as screws can pass through the double-layer area.
  • the spring element preferably comprises two opposing, double-layered sections in order to ensure improved fastening of the spring element to both guide sections.
  • reinforcement surface pieces are preferably provided on two opposite frame sides as described above, while reinforcement areas are provided on the two other opposite frame sides as described above.
  • corresponding reinforcing surface pieces can be provided on the fastening bars and / or corresponding stiffening areas can be provided on the connecting bars.
  • two, as described above, at least regionally flat spring elements are provided which each have a stiffening area in which a first surface piece is bent over against a second surface piece along a bending edge, wherein the spring elements extend parallel spaced from one another.
  • the two parallel spring elements can in particular be designed as described above.
  • the two spring elements are preferably designed to be identical. If necessary, more than two spring elements can also be provided for the elastic connection of the guide sections, which spring elements extend parallel at a distance from one another.
  • the spring elements can be attached to opposite end faces of the first guide section and / or the second guide section. This results in a particularly compact design.
  • the invention also relates to an optical sensor, in particular a code reader, with a light transmitter for emitting transmitted light beams and / or with a light receiver for receiving received light beams, a lens as a collecting optics for the transmitted light beams and / or the received light beams and a focusing device for adjusting the lens.
  • an optical sensor in particular a code reader, with a light transmitter for emitting transmitted light beams and / or with a light receiver for receiving received light beams, a lens as a collecting optics for the transmitted light beams and / or the received light beams and a focusing device for adjusting the lens.
  • the focusing device of the optical sensor is designed as described above, the first guide section being fastened to a carrier of the optical sensor or being formed in one piece with it and the objective being held in the second guide section.
  • Optical sensors are used in many areas of industry for monitoring, protecting and collecting information.
  • Code readers such as barcode scanners or camera systems are used, particularly in logistics and in automatic production, to read out information contained in a code.
  • the code reader can be mounted in a stationary manner on a conveyor belt on which code-carrying objects are guided past the code reader.
  • Such systems must generally be able to read the codes reliably in a relatively large depth of field.
  • the focusing device sets the laser beam of the barcode scanner or the focal plane of the lens to the corresponding distance value. It is difficult to design a focusing device in such a way that it has a long service life, enables high adjustment speeds and at the same time is inexpensive to manufacture.
  • the inventive design of a focusing device is particularly suitable for optical code readers, but in principle also for other optical systems such. B. digital cameras.
  • the focusing device 11 shown designed according to an embodiment of the invention, comprises a first guide section 13 and a second guide section 15, which are preferably designed as one-piece components made of metal or plastic, for example as injection-molded components.
  • the first guide section 13 is designed for attachment to the carrier of an optical system, not shown, such as a code reader, for example provided with fastening straps 17 for this purpose.
  • the first guide section 13 could also be made in one piece with such a carrier.
  • a holder 19 for a lens (not shown) is formed on the second guide section 15.
  • the first guide section 13 is frame-shaped and has a central passage 21 in which the second guide section 15 is arranged.
  • the guide sections 13, 15 are arranged via an arrangement of two flat spring elements 22, 23 ( Fig. 2 ) elastically connected to each other.
  • the two flat spring elements 22, 23 are each screwed by means of screws 45 in the area of a first end 31 to the first guide section 13 and in the area of an opposite second end 32 to the second guide section 15. They extend parallel at a distance from one another and together with the guide sections 13, 15 form a parallel guide for the objective accommodated in the holder 19.
  • An actuator 35 shown only schematically, here in the form of a plunger coil actuator of basically known type, serves to adjust the second guide section 15 with respect to the first guide section 13 in and against an adjustment direction V as a function of control signals, so as not to reduce the focal position of the lens relative to one to adapt the image sensor shown.
  • the spring elements 22, 23 are frame-shaped and each have a central recess 37 which is aligned with the central passage 21 of the first guide section 13.
  • the spring elements 22, 23 each have two fastening bars 39 and two connecting bars 40, the fastening bars 39 each resting over the entire surface of the guide sections 13, 15 and the connecting bars 40 each extending from one guide section 13 to the other Guide section 15 extend.
  • In the corner areas 41 of the spring elements 22, 23 passages 43 for the screws 45 are provided.
  • the fastening bars 39 and the connecting bars 40 each form a base section 47 of the associated spring element 22, 23 which defines a spring leaf plane extending at right angles to the adjustment direction V.
  • Each of the spring elements 22, 23 has stiffening areas 50 in respective central areas of the connecting bars 40.
  • the stiffening areas 50 preferably extend over at least 25% and at most over 80% of the longitudinal extent of the connecting spars 40.
  • a first surface piece 51 is bent over with respect to a second surface piece 52 belonging to the base section 47 along a straight bending edge 54. Furthermore, a third surface piece 53 is bent over with respect to the second surface piece 52 along a further straight bending edge 54.
  • the first surface piece 51 and the third surface piece 53 are each bent by 90 ° with respect to the second surface piece 52, so that a U-shaped cross section results for the connecting bars 40 in the stiffening area 50.
  • the spring elements 22, 23 are fastened to the guide sections 13, 15 in such a way that the bent surface pieces 51, 53 of the different spring elements 22, 23 point towards one another.
  • the fastening bars 39 are designed with two layers in order to enable a more stable attachment of the spring elements 22, 23 to the guide sections 13, 15.
  • the double-layer areas are each made by bending a reinforcing surface piece 55 ( Fig. 3 ) is generated by 180 ° relative to a base surface piece 57 of the base section 47.
  • the manufacture of the spring elements 22, 23 is described below with reference to FIG Fig. 3 described, which uses a single-layer sheet metal part 59 as the starting element for a spring element 22, 23 ( Fig. 2 ) shows.
  • the first surface pieces 51, the third surface pieces 53 and the reinforcing surface pieces 55 are not yet bent over with respect to the base section 47.
  • Corresponding perforations 61 are provided to define the bending edges 54.
  • the perforations 61 can be produced by etching.
  • the first surface pieces 51 and the second surface pieces 53 are bent over by 90 °, while the reinforcement surface pieces 55 are bent over by 180 °.
  • the first surface pieces 51 and third surface pieces 53 bent by 90 ° produce a stiffening in the central area of the connecting struts 40, which increases the spring stiffness and improves the stability.
  • the reinforcement flat pieces 55 bent by 180 ° bring about increased stability in the fastening area.
  • a focusing device 11 according to the invention is suitable for any optical systems with focus adjustment, in particular for optical code readers.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fokussiereinrichtung für ein optisches System, das einen Träger und ein an diesem angeordnetes Objektiv aufweist, wobei die Fokussiereinrichtung umfasst:
    • einen ersten Führungsabschnitt, der zur Befestigung am Träger ausgebildet oder einstückig mit diesem ausgeführt ist,
    • einen zweiten Führungsabschnitt, der eine Halterung für das Objektiv bildet, wenigstens ein Federelement, das eine elastische Verbindung des ersten Führungsabschnitts mit dem zweiten Führungsabschnitt bildet, und einen Aktuator zum Verstellen des zweiten Führungsabschnitts gegenüber dem ersten Führungsabschnitt in und entgegen einer Verstellrichtung, wobei das wenigstens eine Federelement zumindest bereichsweise flächig ausgebildet ist.
  • Derartige Fokussiereinrichtungen kommen in Sensoren, Scannern, Kameras und anderen optischen Systemen zum Einsatz und dienen insbesondere dazu, den Abstand des Objektivs von einer Lichtempfangsfläche anzupassen. Vorzugsweise sind Fokussiereinrichtungen der genannten Art für einen Autofokus-Betrieb ausgelegt. Bei dem Träger kann es sich insbesondere um ein Gehäuse oder einen Grundrahmen des optischen Systems handeln. Das Federelement kann als Blattfeder ausgeführt sein. Eine entsprechende Fokussiereinrichtung ist in der US 4 615 585 offenbart.
  • Man ist bestrebt, Fokussiereinrichtungen mit langer Lebensdauer und hoher Verstellgeschwindigkeit bereitzustellen. Eine entsprechende mechanische Belastbarkeit kann jedoch häufig nur unter Verwendung komplexer Konstruktionen und einer hohen Teilezahl erreicht werden. Dies führt zu hohen Herstellungskosten.
  • Die US 2010/0165132 A1 offenbart eine bewegliche Aufhängung für den Bildsensor einer Digitalkamera, wobei die Aufhängung zwei beabstandete Blattfedern umfasst.
  • Optikhalterungen mit Blattfedern sind auch in der JP 4761126 und in der US 10,126,521 B2 offenbart.
  • Es besteht das Bedürfnis, eine Fokussiereinrichtung anzugeben, die trotz geringer Herstellungskosten eine hohe Lebensdauer aufweist und hohe Verstellgeschwindigkeiten ermöglicht.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Fokussiereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß weist das wenigstens eine Federelement wenigstens einen Versteifungsbereich auf, in welchem ein erstes Flächenstück des Federelements gegenüber einem zweiten Flächenstück des Federelements entlang einer Biegekante umgebogen ist. Aufgrund des umgebogenen Flächenstücks ergibt sich im Versteifungsbereich eine erhöhte mechanische Stabilität des Federelements, woraus eine verbesserte Lebensdauer der Fokussiereinrichtung resultiert. Zudem kann durch das Umbiegen des Flächenstücks die Federhärte angepasst werden. Durch die Erfindung ergibt sich die Möglichkeit, ohne Stabilitätseinbußen die Materialstärke des Federelements zu verringern oder ein kostengünstigeres Material zur Fertigung des Federelements zu verwenden,
  • Die Erfindung sieht vor, dass das Federelement an der Biegekante eine Perforierung aufweist. Dies erleichtert das positionsgenaue Umbiegen des ersten Flächenstücks und vereinfacht so die Fertigung des Federelements. Eine Perforierung kann in relativ einfacher Weise durch Ätzen erzeugt werden.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Fokussiereinrichtung können die beiden Führungsabschnitte zusammen mit dem verbindenden Federelement eine Parallelführung bilden. Bei der elastischen Verbindung der Führungsabschnitte über das Federelement kann es sich je nach Anwendung um eine direkte oder um eine indirekte Verbindung handeln. Das heißt es können zusätzliche Kopplungsbauteile vorgesehen sein. Um die Stabilität und/oder die Federhärte des wenigstens einen Federelements weiter zu erhöhen, kann zusätzlich zu dem ersten Flächenstück wenigstens ein weiteres Flächenstück gegenüber dem zweiten Flächenstück oder einem beliebigen anderen Flächenstück des Federelements entlang einer Biegekante umgebogen sein.
  • Der Aktuator ist vorzugsweise als elektromagnetischer Aktuator ausgeführt. Beispielsweise kann ein Tauchspulenaktuator oder ein Elektromotor zum Verstellen des zweiten Führungsabschnitts gegenüber dem ersten Führungsabschnitt vorgesehen sein.
  • Das Federelement ist vorzugsweise aus einem, insbesondere einlagigen, Blechteil gefertigt. Ein Blechteil ist besonders kostengünstig herzustellen und weist zudem nur ein geringes Eigengewicht auf. Insbesondere kann das Federelement aus einem geätzten Blechteil gefertigt sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verläuft die Biegekante in einer unbelasteten Grundstellung des Federelements quer zur Verstellrichtung und/oder in einer belasteten Auslenkungsstellung des Federelements schräg zur Verstellrichtung. Dies ist insofern vorteilhaft, als die Versteifung an eine Hauptbelastungsrichtung angepasst ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Biegekante einen geradlinigen Verlauf aufweist und/oder eine Außenkante des Federelements bildet.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Federelement an der Biegekante eine Materialschwächung aufweist. Dies erleichtert das positionsgenaue Umbiegen des ersten Flächenstücks und vereinfacht so die Fertigung des Federelements. Es ist möglich, durch teilweises Durchätzen des Federelements an der Biegekante eine Materialschwächung zu erzeugen.
  • Der erste Führungsabschnitt und der zweite Führungsabschnitt können jeweils als einstückiges Bauteil aus Metall oder Kunststoff ausgeführt sein. Dies ergibt eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion.
  • Bevorzugt weist das Federelement einen das zweite Flächenstück umfassenden Basisabschnitt auf, der sich in einer unbelasteten Grundstellung des Federelements in einer quer zur Verstellrichtung verlaufenden Federblattebene erstreckt. Insbesondere kann das Federelement so gestaltet sein, dass es sich in einer unbelasteten Grundstellung abgesehen von dem umgebogenen ersten Flächenstück sowie gegebenenfalls vorhandener weiterer umgebogener Flächenstücke in der Federblattebene erstreckt. Bei einem linearen Verstellen des zweiten Führungsabschnitts gegenüber dem ersten Führungsabschnitt mittels des Aktuators wird das Federelement geringfügig aus der Federblattebene herausgebogen.
  • Das Federelement kann rahmenförmig sein, um ausreichend Bauraum für die Anordnung des Objektivs bereitzustellen.
  • In jeweiligen Eckbereichen des rahmenförmigen Federelements können Durchführungen für Befestigungsmittel vorgesehen sein. Die Durchführungen können in einfacher Weise durch Ätzen hergestellt sein. Die Führungsabschnitte können mit Gewindelöchern versehen sein, die mit den Durchführungen des rahmenförmigen Federelements fluchten. Das Federelement kann dann in einfacher Weise mit dem ersten Führungsabschnitt und dem zweiten Führungsabschnitt verschraubt werden.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zweite Führungsabschnitt in einer zentralen Ausnehmung des rahmenförmigen Federelements angeordnet ist oder in diese hineinreicht. Diese Ausgestaltung ist besonders platzsparend.
  • Beispielsweise kann das rahmenförmige Federelement zwei Befestigungsholme und zwei Verbindungsholme umfassen, wobei die Befestigungsholme jeweils zumindest im Wesentlichen vollflächig an den Führungsabschnitten anliegen und/oder sich die Verbindungsholme von einem Führungsabschnitt zum anderen Führungsabschnitt erstrecken. Vorzugsweise ist der Versteifungsbereich des Federelements an einem der zwei Verbindungsholme ausgebildet. Besonders bevorzugt weisen beide Verbindungsholme wenigstens einen Versteifungsbereich mit jeweils wenigstens einem umgebogenen Flächenstück auf.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der erste Führungsabschnitt eine zentrale Durchführung aufweist und der zweite Führungsabschnitt in der zentralen Durchführung angeordnet ist oder in diese hineinreicht. Diese Ausgestaltung beansprucht nur wenig Bauraum. Vorzugsweise ist der erste Führungsabschnitt rahmenförmig ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das erste Flächenstück gegenüber dem zweiten Flächenstück um wenigstens 70° und höchstens um 100°, insbesondere um etwa 90°, umgebogen. Dadurch wird ein besonders ausgeprägter Versteifungseffekt erzielt.
  • Eine spezielle Ausgestaltung sieht vor, dass ein drittes Flächenstück des Federelements ebenfalls gegenüber dem zweiten Flächenstück um wenigstens 70° und höchstens um 100°, insbesondere um etwa 90°, umgebogen ist, vorzugsweise in die gleiche Richtung. Die Stabilität des Federelements wird hierdurch weiter erhöht. Außerdem ergibt sich eine besonders hohe Federhärte.
  • Das erste Flächenstück und das dritte Flächenstück können an gegenüberliegenden Längsseiten eines das zweite Flächenstück bildenden streifenförmigen Abschnitts des Federelements vorgesehen sein, insbesondere derart, dass der streifenförmige Abschnitt einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Durch Erzeugen eines entsprechenden Profils kann auf schnelle und einfache Weise eine ausgeprägte Stabilitätserhöhung erzielt werden. Vorzugsweise sind das erste Flächenstück und das dritte Flächenstück lediglich in einem zentralen Teilbereich des streifenförmigen Abschnitts vorgesehen. Die Endabschnitte bleiben vorzugsweise frei von rechtwinklig abgebogenen Flächenstücken, sodass sie problemlos an die Führungsabschnitte angeschraubt werden können. Insbesondere können das erste Flächenstück und das dritte Flächenstück an gegenüberliegenden Längsseiten eines wie oben beschriebenen Verbindungsholms vorgesehen sein.
  • Das Federelement kann einen weiteren streifenförmigen Abschnitt aufweisen, wobei an gegenüberliegenden Längsseiten des weiteren streifenförmigen Abschnitts ein viertes und ein fünftes Flächenstück des Federelements jeweils gegenüber einer Basisebene des weiteren streifenförmigen Abschnitts um wenigstens 70° und höchstens 100°, insbesondere um etwa 90°, umgebogen sind. Diese Ausgestaltung geht mit einer besonders hohen Stabilität einher. Bevorzugt sind die streifenförmigen Abschnitte an entgegengesetzten Seiten des Federelements angeordnet und/oder erstrecken sich parallel zueinander. Die streifenförmigen Abschnitte können Verbindungsholme bilden, die sich von einem Führungsabschnitt zum anderen Führungsabschnitt erstrecken.
  • Wenigstens ein Verstärkungs-Flächenstück des Federelements kann gegenüber einem Basis-Flächenstück um 180° umgebogen sein, insbesondere derart, dass sich ein doppellagiger Abschnitt ergibt. Das Federelement kann also ein vollständig umgeklapptes Flächenstück umfassen, welches die Stabilität weiter erhöht. Das Verstärkungs-Flächenstück kann länglich sein und sich quer zur Verstellrichtung erstrecken. Weiterhin kann der Versteifungsbereich länglich sein und sich quer zu dem länglichen Verstärkungs-Flächenstück erstrecken.
  • Vorzugsweise ist das Federelement im Bereich des Verstärkungs-Flächenstücks an dem ersten Führungsabschnitt oder an dem zweiten Führungsabschnitt befestigt. Dadurch wird einer übermäßigen Materialbeanspruchung im Bereich der Befestigung entgegengewirkt. Um eine entsprechende Befestigung des Federelements zu ermöglichen, können Durchführungen für Befestigungsmittel wie Schrauben durch den doppellagigen Bereich hindurchgehen. Vorzugsweise umfasst das Federelement zwei gegenüberliegende doppellagige Abschnitte, um eine verbesserte Befestigung des Federelements an beiden Führungsabschnitten zu gewährleisten.
  • Bei einer rahmenförmigen Ausgestaltung des Federelements sind vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Rahmenseiten Verstärkungs-Flächenstücke wie vorstehend beschrieben vorgesehen, während an den zwei anderen gegenüberliegenden Rahmenseiten Versteifungsbereiche wie vorstehend beschrieben vorgesehen sind. Insbesondere können bei einer Ausbildung des Federelements mit zwei Befestigungsholmen und zwei Verbindungsholmen entsprechende Verstärkungs-Flächenstücke an den Befestigungsholmen vorgesehen sein und/oder entsprechende Versteifungsbereiche an den Verbindungsholmen vorgesehen sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind für die elastische Verbindung des ersten Führungsabschnitts mit dem zweiten Führungsabschnitt zwei wie oben beschriebene zumindest bereichsweise flächig ausgebildete Federelemente vorgesehen, die jeweils einen Versteifungsbereich aufweisen, in welchem ein erstes Flächenstück gegenüber einem zweiten Flächenstück entlang einer Biegekante umgebogen ist, wobei sich die Federelemente parallel beabstandet zueinander erstrecken. Bei dieser Ausgestaltung ist das in dem zweiten Führungsabschnitt gehaltene Objektiv besonders zuverlässig geführt. Die beiden parallelen Federelemente können insbesondere wie vorstehend beschrieben ausgeführt sein. Vorzugsweise sind die zwei Federelemente baugleich ausgeführt. Bei Bedarf können für die elastische Verbindung der Führungsabschnitte auch mehr als zwei Federelemente vorgesehen sein, die sich parallel beabstandet zueinander erstrecken.
  • Die Federelemente können an entgegengesetzten Stirnseiten des ersten Führungsabschnitts und/oder des zweiten Führungsabschnitts angebracht sein. Dies ergibt eine besonders kompakte Bauweise.
  • Die Erfindung betrifft auch einen optischen Sensor, insbesondere einen Codeleser, mit einem Lichtsender zum Aussenden von Sendelichtstrahlen und/oder mit einem Lichtempfänger zum Empfangen von Empfangslichtstrahlen, einem Objektiv als Sammeloptik für die Sendelichtstrahlen und/oder die Empfangslichtstrahlen und einer Fokussiereinrichtung zum Verstellen des Objektivs.
  • Erfindungsgemäß ist die Fokussiereinrichtung des optischen Sensors wie vorstehend beschrieben ausgestaltet, wobei der erste Führungsabschnitt an einem Träger des optischen Sensors befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet ist und das Objektiv in dem zweiten Führungsabschnitt gehalten ist.
  • Optische Sensoren werden in vielen Bereichen der Industrie zur Überwachung, Absicherung und Informationserfassung eingesetzt. Codeleser wie zum Beispiel Barcode-Scanner oder Kamerasysteme dienen insbesondere in der Logistik und in der automatischen Fertigung dazu, in einem Code enthaltene Informationen auszulesen. Der Codeleser kann hierfür stationär an einem Förderband montiert sein, auf dem codetragende Objekte an dem Codeleser vorbeigeführt werden. Solche Systeme müssen im Allgemeinen in der Lage sein, die Codes in einem relativ großen Schärfentiefebereich zuverlässig auszulesen. Zu diesem Zweck stellt die Fokussiereinrichtung den Laserstrahl des Barcode-Scanners oder die Schärfenebene des Objektivs auf den entsprechenden Abstandswert ein. Es ist schwierig, eine Fokussiereinrichtung so zu gestalten, dass sie eine lange Lebensdauer aufweist, hohe Verstellgeschwindigkeiten ermöglicht und gleichzeitig kostengünstig zu fertigen ist.
  • Durch eine Parallelführung mit einem flächigen Federelement, das durch lokales Umbiegen eines Flächenstücks bereichsweise versteift ist, können die vorstehend genannten Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden.
  • Die erfindungsgemäße Gestaltung einer Fokussiereinrichtung eignet sich in besonderem Maße für optische Codeleser, grundsätzlich jedoch auch für andere optische Systeme wie z. B. digitale Kameras.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
    • Fig. 1
    ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Fokussiereinrichtung für einen erfindungsgemäßen Codeleser.
    Fig. 2
    ist eine Explosionsdarstellung der in Fig. 1 gezeigten Fokussiereinrichtung .
    Fig. 3
    zeigt ein Federelement der in Fig. 1 gezeigten Fokussiereinrichtung in einem unbearbeiteten Ausgangszustand.
  • Die in Fig. 1 und 2 dargestellte, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gestaltete Fokussiereinrichtung 11 umfasst einen ersten Führungsabschnitt 13 und einen zweiten Führungsabschnitt 15, die vorzugsweise als einstückige Bauteile aus Metall oder Kunststoff, beispielsweise als Spritzgussbauteile, ausgeführt sind. Der erste Führungsabschnitt 13 ist zur Befestigung am Träger eines nicht dargestellten optischen Systems wie zum Beispiel eines Codelesers ausgebildet und hierfür mit Befestigungslaschen 17 versehen. Grundsätzlich könnte der erste Führungsabschnitt 13 auch einstückig mit einem solchen Träger ausgeführt sein. An dem zweiten Führungsabschnitt 15 ist eine Halterung 19 für ein nicht dargestelltes Objektiv ausgebildet. Wie gezeigt ist der erste Führungsabschnitt 13 rahmenförmig und weist eine zentrale Durchführung 21 auf, in welcher der zweite Führungsabschnitt 15 angeordnet ist.
  • Die Führungsabschnitte 13, 15 sind über eine Anordnung aus zwei flächigen Federelementen 22, 23 (Fig. 2) elastisch miteinander verbunden. Die beiden flächigen Federelemente 22, 23 sind jeweils mittels Schrauben 45 im Bereich eines ersten Endes 31 am ersten Führungsabschnitt 13 und im Bereich eines entgegengesetzten zweiten Endes 32 am zweiten Führungsabschnitt 15 angeschraubt. Sie erstrecken sich parallel beabstandet zueinander und bilden zusammen mit den Führungsabschnitten 13, 15 eine Parallelführung für das in der Halterung 19 aufgenommene Objektiv.
  • Ein lediglich schematisch gezeigter Aktuator 35, hier in Form eines Tauchspulenaktuators von grundsätzlich bekannter Bauart, dient zum Verstellen des zweiten Führungsabschnitts 15 gegenüber dem ersten Führungsabschnitt 13 in und entgegen einer Verstellrichtung V in Abhängigkeit von Steuersignalen, um so die Brennpunktlage des Objektivs relativ zu einem nicht dargestellten Bildsensor anzupassen.
  • Die Federelemente 22, 23 sind rahmenförmig und weisen jeweils eine zentrale Ausnehmung 37 auf, die mit der zentralen Durchführung 21 des ersten Führungsabschnitts 13 fluchtet. Speziell weisen die Federelemente 22, 23 jeweils zwei Befestigungsholme 39 und zwei Verbindungsholme 40 auf, wobei die Befestigungsholme 39 jeweils vollflächig an den Führungsabschnitten 13, 15 anliegen und sich die Verbindungsholme 40 jeweils von einem Führungsabschnitt 13 zum anderen Führungsabschnitt 15 erstrecken. In den Eckbereichen 41 der Federelemente 22, 23 sind Durchführungen 43 für die Schrauben 45 vorgesehen.
  • Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, bilden die Befestigungsholme 39 und die Verbindungsholme 40 jeweils einen Basisabschnitt 47 des zugehörigen Federelements 22, 23, der eine rechtwinklig zur Verstellrichtung V verlaufende Federblattebene definiert.
  • Jedes der Federelemente 22, 23 weist in jeweiligen zentralen Bereichen der Verbindungsholme 40 Versteifungsbereiche 50 auf. Vorzugsweise erstrecken sich die Versteifungsbereiche 50 über wenigstens 25% und höchstens über 80% der Längsausdehnung der Verbindungsholme 40.
  • In den Versteifungsbereichen 50 ist jeweils ein erstes Flächenstück 51 gegenüber einem zum Basisabschnitt 47 gehörenden zweiten Flächenstück 52 entlang einer geradlinigen Biegekante 54 umgebogen. Weiterhin ist ein drittes Flächenstück 53 gegenüber dem zweiten Flächenstück 52 entlang einer weiteren geradlinigen Biegekante 54 umgebogen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind das erste Flächenstück 51 und das dritte Flächenstück 53 jeweils um 90° gegenüber dem zweiten Flächenstück 52 abgebogen, sodass sich jeweils für die Verbindungsholme 40 im Versteifungsbereich 50 ein U-förmiger Querschnitt ergibt. Wie in Fig. 2 erkennbar sind die Federelemente 22, 23 derart an den Führungsabschnitten 13, 15 befestigt, dass die abgebogenen Flächenstücke 51, 53 der unterschiedlichen Federelemente 22, 23 aufeinander zu weisen.
  • Die Befestigungsholme 39 sind doppellagig ausgeführt, um eine stabilere Anbringung der Federelemente 22, 23 an den Führungsabschnitten 13, 15 zu ermöglichen. Die doppellagigen Bereiche sind jeweils durch Umbiegen eines Verstärkungsflächenstücks 55 (Fig. 3) gegenüber einem Basis-Flächenstück 57 des Basisabschnitts 47 um 180° erzeugt.
  • Die Herstellung der Federelemente 22, 23 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, welche ein einlagiges Blechteil 59 als Ausgangselement für ein Federelement 22, 23 (Fig. 2) zeigt. Die ersten Flächenstücke 51, die dritten Flächenstücke 53 und die Verstärkungs-Flächenstücke 55 sind noch nicht gegenüber dem Basisabschnitt 47 umgebogen. Zum Definieren der Biegekanten 54 sind entsprechende Perforierungen 61 vorgesehen. Die Perforierungen 61 können durch Ätzen erzeugt werden.
  • Zum Erzeugen eines Federelements 22, 23 werden die ersten Flächenstücke 51 und die zweiten Flächenstücke 53 um 90° umgebogen, während die Verstärkungs-Flächenstücke 55 um 180° umgebogen werden. Die um 90° umgebogenen ersten Flächenstücke 51 und dritten Flächenstücke 53 bewirken im zentralen Bereich der Verbindungsholme 40 eine Versteifung, welche die Federhärte erhöht und die Stabilität verbessert. Die um 180° umgebogenen Verstärkungs-Flächenstücke 55 bewirken im Befestigungsbereich eine erhöhte Stabilität.
  • Durch die bereichsweise versteiften und verstärkten Federelemente 22, 23 ergibt sich trotz vergleichsweise geringer Herstellungskosten eine zuverlässige und haltbare Führung für das zu verstellende Objektiv. Eine erfindungsgemäße Fokussiereinrichtung 11 eignet sich für beliebige optische Systeme mit Fokusverstellung, insbesondere für optische Codeleser.
    • Bezugszeichenliste
    • 11
    Fokussiereinrichtung
    13
    Erster Führungsabschnitt
    15
    Zweiter Führungsabschnitt
    17
    Befestigungslasche
    19
    Halterung
    21
    Zentrale Durchführung
    22
    Federelement
    23
    Federelement
    31
    Erstes Ende
    32
    Zweites Ende
    35
    Aktuator
    37
    Zentrale Ausnehmung
    39
    Befestigungsholm
    40
    Verbindungsholm
    41
    Eckbereich
    43
    Durchführung
    45
    Schraube
    47
    Basisabschnitt
    50
    Versteifungsbereich
    51
    Erstes Flächenstück
    52
    Zweites Flächenstück
    53
    Drittes Flächenstück
    54
    Biegekante
    55
    Verstärkungs-Flächenstück
    57
    Basis-Flächenstück
    59
    Blechteil
    61
    Perforierung
    V
    Verstellrichtung

Claims (15)

  1. Fokussiereinrichtung (11) für ein optisches System, das einen Träger und ein an diesem angeordnetes Objektiv aufweist, wobei die Fokussiereinrichtung umfasst:
    einen ersten Führungsabschnitt (13), der zur Befestigung am Träger ausgebildet oder einstückig mit diesem ausgeführt ist,
    einen zweiten Führungsabschnitt (15), der eine Halterung für das Objektiv bildet,
    wenigstens ein Federelement (22, 23), das eine elastische Verbindung des ersten Führungsabschnitts (13) mit dem zweiten Führungsabschnitt (15) bildet, und
    einen Aktuator (35) zum Verstellen des zweiten Führungsabschnitts (15) gegenüber dem ersten Führungsabschnitt (13) in und entgegen einer Verstellrichtung (V),
    wobei das wenigstens eine Federelement (22, 23) zumindest bereichsweise flächig ausgebildet ist,
    und wobei das wenigstens eine Federelement (22, 23) wenigstens einen Versteifungsbereich (50) aufweist, in welchem ein erstes Flächenstück (51) des Federelements (22, 23) gegenüber einem zweiten Flächenstück (52) des Federelements (22, 23) entlang einer Biegekante (54) umgebogen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Federelement (22, 23) eine Perforierung (61) an der Biegekante (54) aufweist, welche ein positionsgenaues Umbiegen des ersten Flächenstücks (51) erleichtert.
  2. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Federelement (22, 23) aus einem, insbesondere einlagigen, Blechteil (59) gefertigt ist.
  3. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Biegekante (54) in einer unbelasteten Grundstellung des Federelements (22, 23) quer zur Verstellrichtung (V) verläuft
    und/oder
    das Federelement (22, 23) eine Materialschwächung an der Biegekante (54) aufweist.
  4. Fokussiereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der erste Führungsabschnitt (13) und der zweite Führungsabschnitt (15) jeweils als einstückiges Bauteil aus Metall oder Kunststoff ausgeführt sind.
  5. Fokussiereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Federelement (22, 23) einen das zweite Flächenstück (52) umfassenden Basisabschnitt (47) aufweist, der sich in einer unbelasteten Grundstellung des Federelements (22, 23) in einer quer zur Verstellrichtung (V) verlaufenden Federblattebene erstreckt.
  6. Fokussiereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Federelement (22, 23) rahmenförmig ist, wobei vorzugsweise Durchführungen (43) für Befestigungsmittel (45) in jeweiligen Eckbereichen (41) des rahmenförmigen Federelements (22, 23) vorgesehen sind.
  7. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der zweite Führungsabschnitt (15) in einer zentralen Ausnehmung (37) des rahmenförmigen Federelements (22, 23) angeordnet ist oder in diese hineinreicht.
  8. Fokussiereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der erste Führungsabschnitt (13) eine zentrale Durchführung (21) aufweist und der zweite Führungsabschnitt (15) in der zentralen Durchführung (21) angeordnet ist oder in diese hineinreicht.
  9. Fokussiereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Flächenstück (51) gegenüber dem zweiten Flächenstück (52) um wenigstens 70° und höchstens um 100°, bevorzugt um etwa 90°, umgebogen ist.
  10. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein drittes Flächenstück (53) des Federelements (22, 23) ebenfalls gegenüber dem zweiten Flächenstück (52) um wenigstens 70° und höchstens um 100°, insbesondere um etwa 90°, umgebogen ist, vorzugsweise in die gleiche Richtung.
  11. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Flächenstück (51) und das dritte Flächenstück (53) an gegenüberliegenden Längsseiten eines das zweite Flächenstück (52) bildenden streifenförmigen Abschnitts des Federelements (22, 23) vorgesehen sind, insbesondere derart, dass der streifenförmige Abschnitt einen U-förmigen Querschnitt aufweist.
  12. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Federelement (22, 23) einen weiteren streifenförmigen Abschnitt aufweist, wobei an gegenüberliegenden Längsseiten des weiteren streifenförmigen Abschnitts ein viertes und ein fünftes Flächenstück des Federelements (22, 23) jeweils gegenüber einer Basisebene des weiteren streifenförmigen Abschnitts um wenigstens 70° und höchstens 100°, insbesondere um etwa 90°, umgebogen sind.
  13. Fokussiereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens ein Verstärkungs-Flächenstück (55) des Federelements gegenüber einem Basis-Flächenstück (57) um 180° umgebogen ist, insbesondere derart, dass sich ein doppellagiger Abschnitt ergibt,
    wobei vorzugsweise das Federelement (22, 23) im Bereich des Verstärkungs-Flächenstücks (55) an dem ersten Führungsabschnitt (13) oder an dem zweiten Führungsabschnitt (15) befestigt ist.
  14. Fokussiereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für die elastische Verbindung des ersten Führungsabschnitts (13) mit dem zweiten Führungsabschnitt (15) zwei zumindest bereichsweise flächig ausgebildete Federelemente (22, 23) vorgesehen sind, die jeweils einen Versteifungsbereich (50) aufweisen, in welchem ein erstes Flächenstück (51) gegenüber einem zweiten Flächenstück (52) entlang einer Biegekante (54) umgebogen ist, wobei sich die Federelemente (22, 23) parallel beabstandet zueinander erstrecken,
    wobei vorzugsweise die Federelemente (22, 23) an entgegengesetzten Stirnseiten des ersten Führungsabschnitts (13) und/oder des zweiten Führungsabschnitts (15) angebracht sind.
  15. Optischer Sensor, insbesondere Codeleser, mit einem Lichtsender zum Aussenden von Sendelichtstrahlen und/oder mit einem Lichtempfänger zum Empfangen von Empfangslichtstrahlen, einem Objektiv als Sammeloptik für die Sendelichtstrahlen und/oder die Empfangslichtstrahlen und einer Fokussiereinrichtung (11) zum Verstellen des Objektivs,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Fokussiereinrichtung (11) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausgestaltet ist, wobei der erste Führungsabschnitt (13) an einem Träger des optischen Sensors befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet ist und das Objektiv in dem zweiten Führungsabschnitt (15) gehalten ist.
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